TETAPAN KESETIMBANGAN

Asas Lie Chatelier memungkinkan kita untu meramalkan arah dari suatu reaksi kesetimbangan. Misalnya reaksi pembentukan gas NH3 dari unsur-unsurnya harus dilakukan pada tekanan tinggi agar memperoleh hasil yang optimal. Akan tetapi kita belum membahas berapa banyak NH3 yang terbentuk pada saat tercainya kesetimbangan. Sekarang kita akan mempelajari aspek kuantitatif dan perhitungan stoikiometri dari reaksi kesetimbangan.

Pada tahun 1866, dua orang ahli kimia Norwegia, Cato Maximilian Guldberg (1836 – 1902) dan Peter Waage (1833 – 1900) mengemukakan bahwa :

Jika hasil kali konsentrasi hasil reaksi yang dipangkatkan koeffisiennya dibandingkan terhadap hasil kali konsentrasi pereaksi yang dipangkatkan koeffisienya ternyata perbandingan itu senantiasa tetap.

Harga perbandingan yang tetap itu disebut tetapan kesetimbangan (konstanta kesetimbangan dengan lambang Kc, dengan huruf c menyatakan konsentrasi. Akan tetapi huruf c dapat dihilangkan, sehingga tatapan kesetimbangan hanya ditulis K saja.

Secara umum, suatu reaksi kesetimbangan dapat ditulis sebagai berikut :

mA (g)   +   nB (g)  ------à   pC (g)   +   qD (g)

K    =    [C]^p   [D]^q 

             [A]^m  [B]ⁿ

Konsentrasi zat ruas kanan ditempatkan sebagai pembilang (numerator), dan konsentrasi zat ruas kiri sebagai penyebut (denominator). Koeffisien masing-masing zat ditempatkan sebagai pangkat pada masing-masing zat itu.

 Contoh soal :

Tuliskan tetapan kesetimbangan K utuk reaksi-reaksi berikut ini :

a.       PCl₅ (g)  ç====è   PCl₃  (g)    +   Cl₂ (g)

b.      N₂O₄ (g)   ç===è  2NO₂ (g)

c.       N₂ (g)    +    3H₂  (g)   ç===è  2NH₃ (g)

Jawab

a.       K   =   [PCl₃]   [Cl₂]

            [PCl₅]

b.      K   =      [NO₂]² 

             [N₂O₄]

c.       K   =       [NH₃]² 

            [N₂][H₂]

Beberapa hal mengenai konsentrasi yang perlu dipahami.

1.       Konsentrasi zat dinyatakan dalam molar (M), yaitu mol/liter.

2.       Suatu zat mempunyai konsentasi apabila tersebar merata dalam medium tampat ia berada. Jadi, yang mempuyai konsentrasi adalah gas yang tersebar merata dalam ruangannya serta zat yang terlarut yang tersebar merata dalam pelarutnya.

3.       Zat padat yang tidak larut (misalnya batu dalam air) serta cairan yang tidak larut (misalnya minyak tanah dalam air) tidak mempuyai konsentrasi. Harga mol/liter dari zat padat dan cairan tidak pernah berubah, sebab meraka tidak tersebar merata. Untuk zat padat dan cairan, harga mol/liter sama dengan rapatan/massa rumus.

         Rapatan               =     gram/liter     =    mol

        Massa rumus              gram/mol            liter

Karena rapatan dan massa rumus selalu konstan, maka harga mol/liter pun konstan

4.       Jaadi, yang dapat dimasukkan dalam rumus K atau Kc hanyalah gas dan zat terlarut saja. Adapun zat padat dan cairan tidak diikutsertakan dalam rumus K atau Kc

Contoh :

Tuliskan tetapan kesetimbangan (K) untuk reaksi berikut :

a.       CaCO₃ (s)   ç====è  CaO (s)   + CO₂ (g)

b.      NH₃ (g)   +   HCl (g)   ç=====è  NH₄Cl (g)

c.       CCl₄ (l)   +   S₂Cl₂ (l)   ç=======è  3Cl₂ (g)    + CS₂ (l)

d.      Ag₂CrO₄ (s)   ç=======è   2Ag  ⁺ (aq)   +   CrO₄^2-  (aq)

Jawab :

a.         K =   [CO₂]

b.         K   =                  1        

              [NH₃] [HCl]

c.          K   =   [Cl₂]₃

d.         K   =   [Ag⁺]₂  [CrO4 ^2-]

Beberapa hal penting mengenai tetapan kesetimbangan ( Kc) :

1. Bila harga Kc > 1,berarti hasil reaksi pada kesetimbangan lebih banyak daripada pereaksi.

2. Bila harga Kc < 1,berarti hasil reaksi pada kesetimbangan lebih sdikit daripada pereaksi.

, berarti system belum mencapai kesetimbangan.

3. Harga K hanya dipengaruhi oleh suhu. Selama suhu tetap, harga K tetap.   Harga K berubah

Pada reaksi endotermis, K berbanding lurus dengan suhu

Pada reaksi eksotermis, K terbalik dengan suhu

4.        Setiap reaksi memiliki harga K, Harga K dari masing  - masing reaksi dapat dibandingkan antara  satu dengan         yang lainnya.

                 Jika reaksi dibalik, K menjadi 1/ K

                Jika reaksi dikali x, K menjadi Kx

                Jika reaksi dibagi x, K menjadi

                Jika beberapa reaksi dijumlah, semua harga K harus dikalikan

Contoh soal

Diketahui reaksi kesetimbangan sebagai berikut.

   2SO₂ (g)    +   O₂ (g)  ç=====è   2SO₃ (g)   K  = 25   .................(1)

Hitunglah tetapan kesetimbangan  (K) dari reaksi berikut.

SO₃ (g)    ç=======è   SO₂ (g)    +  ½ O₂ (g)     .........................(2)

Jawab :

Agar menjadi reaksi (2), maka reaksi (1) harus dibalik, lalu dibagi dua. Untuk memperoleh K dari reaksi (2). Maka K dari reaksi (1) mula-mula di ubah menjadi 1/K, lalu diakarkan dua.

Contoh soal

Diketehui reaksi sebagai berikut :

N₂ (g)    +    O₂ (g)   <=====>   2NO(g)    K = 4 x 10^-3

N₂  (g)    +    ½ O₂ (g)     <=====>    N₂O      K  =  2,5 x 10^-2

Hitung K dari reaksi berikut :

N2O (g)    +   ½ O2 (g)   <====>   2NO

Jawab :

Agar dapat jumlahkan menjadi reaksi ke 3, maka reaksi (1) tetap dan reaksi (2) dibalik. Jika reaksi dijumlahkan, kedua harga K harus dikalikan.

K₃  =  K₁   x   1/K₂   = 4 x 10^-3   x   1/ 2,5x10^-2   =   1,6 x 10^-1

B.  PERHITUNGAN KONSENTRASI DAN TETAPAN KESETIMBANGAN

C. DERAJAT DISOSIASI

Disosiasi adalah penguraian suatu zat menjadi beberapa zat lain yang lebih sederhana. Derajat disosiasi adalah perbandingan antara jumlah mol yang terurai dengan jumlah mol mula-mula.

α = mol zat yang terurai / mol zat mula-mula     atau,

Mol zat yang terurai = α × mol zat mula-mula

Contoh :

Gas amonia mengalami disosiasi menurut persamaan reaksi:

2NH₃(g)    =====    N₂(g) + 3H₂(g)

Besarnya nilai derajat disosiasi (α) adalah:

α = mol zat yang terurai / mol zat mula-mula = mol NH3 yang terurai / mol NH3 mula-mula.

Harga derajat disosiasi terletak antara 0 dan 1, jika :

• α = 0 berarti tidak terjadi penguraian

• α = 1 berarti terjadi penguraian sempurna

• 0 < α < 1 berarti disosiasi pada reaksi setimbang (disosiasi sebagian).

Contoh Soal Derajat Disosiasi (1) :

Dalam reaksi disosiasi N2O4 berdasarkan persamaan reaksi :

N₂O₄(g)    <=======>     2NO₂(g)

banyaknya mol N₂O₄ dan NO₂ pada keadaan setimbang adalah sama. Pada keadaan ini, berapakah harga derajat disosiasinya?
Jawaban :

Misalkan pada keadaan setimbang mol N₂O₄ = mol NO₂ = 2 mol

Pada produk NO2, mol zat sisa = mol zat yang bereaksi = 2 mol

Perbandingan mol = perbandingan koefisien

Mol N₂O₄ yang bereaksi = (koefisien N₂O₄ / koefisien NO₂) x mol NO2 = ½ x 2 = 1 mol 

Mol N₂O₄(g) sisa = mol N2O4(g) mula-mula – mol N₂O₄(g) bereaksi

Mol N₂O₄(g) mula-mula = mol N2O₄₍g) sisa + mol N₂O₄(g) bereaksi = 2 + 1 = 3 mol

Persamaan reaksi :      N2O4(g)    <======>      2NO2 (g)

Mula-mula        :         3

Reaksi           :         1

Setimbang        :         2                       2

α  =         mol N2O4 bereaksi         =      1/3

            Mol N2O4 mula-mula 

Contoh Soal Derajat Disosiasi (2) :

Pada reaksi kesetimbangan : PCl5(g)    =====  PCl3(g) + Cl2(g)

bila dalam ruang 2 liter, 8 mol gas PCl5 berdisosiasi 75%, tentukan besarnya harga tetapan kesetimbangan konsentrasi (Kc)!
Jawab :
α = mol PCl5 yang bereaksi (terurai) / mol PCl5 mula-mula

0,75 = mol PCl5 yang bereaksi (terurai) / 8

Mol PCl5 yang bereaksi = 0,75 × 8 = 6 mol

Persamaan reaksi :    PCl5(g)   =====    PCl3(g)   +   Cl2(g)

Mula-mula             :     8 mol 

Bereaksi                 :     6 mol                      6 mol         6 mol

Sisa (setimbang)   :     2 mol                      6 mol          6 mol

[PCl5] = 2/2 = 1 M,

[PCl3] = 6/2 = 3 M,

[Cl2] = 6/2 = 3 M,

K       =    [Cl2] [PCl3]       =    (3)   (3)      =    9
                 [PCl5]                           (1)

MATERI DAN SOAL KESETIMBANGAN KIMIA :

1. C. KESETIMBANGAN INDUSTRI
2. KEADAAN SETIMBANG DAN PERGESERAN KESETIMBANGAN
3. PERHITUNGAN KONSENTRASI DAN KESETIMBANGAN Kc
4. Soal Kesetimbangan
5. TETAPAN KESETIMBANGAN
6. soal keadaan setimbang dan pergeseran kesetimbangan
7. soal kesetimbangan kimia (2)

Sumber:
KIMIA untuk SMA kelas XI, Unggul Sudarmo, Penerbit Erlangga, 2004
KIMIA 2 SMU, untuk Kelas 2, Irfan Anshori dan Hiskia Ahmad, Penerbit Erlangga, 1999
KIMIA untuk SMA/MA, kelas XI, Tarti Harjani, dkk,  Penerbit Masmedia, 2012